空壓站壓縮機(jī)及冷卻水改造

高愛軍

(唐山三友化工股份有限公司,河北唐山 063305)

經(jīng) 驗(yàn) 交 流

空壓站壓縮機(jī)及冷卻水改造

高愛軍

(唐山三友化工股份有限公司,河北唐山 063305)

隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，手動(dòng)操作的活塞式空壓機(jī)逐漸退出了歷史舞臺(tái)，取而代之的離心式空壓機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，振動(dòng)小，噪音低，操作方便，技術(shù)先進(jìn)，在DCS上能夠在線實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行模式的設(shè)備優(yōu)化和升級，提高了自動(dòng)化運(yùn)行水平。

空氣壓縮機(jī)；活塞式；離心式；自動(dòng)化模式；技術(shù)特點(diǎn)

壓縮機(jī)是一種壓縮氣體提高氣體壓力或輸送氣體的機(jī)器，能將氣體體積壓縮變小，壓力增高，具有一定的動(dòng)能，可作為機(jī)械動(dòng)力或其他用途。根據(jù)所壓縮的氣體介質(zhì)的不同，分為：空氣壓縮機(jī)、氧氣壓縮機(jī)、氨壓縮機(jī)、煤氣壓縮機(jī)等。唐山三友化工股份有限公司純堿分公司針對公司需要，使用的是空氣壓縮機(jī)，以下簡稱空壓機(jī)。

1 空壓站概況

唐山三友化工股份有限公司純堿分公司從1985年建廠至2015年間，為確保向全廠提供工藝氣和儀表氣，在給排水車間設(shè)空壓站一座，內(nèi)設(shè)活塞式空壓機(jī)、配套電機(jī)4套，廠房外設(shè)有緩沖罐、氣液分離器、干燥器及到用戶的管線等設(shè)施。 2006年7月車間在廠家的配合下，分別將地面水、污水、空壓站及循環(huán)水四個(gè)崗位的設(shè)備全部引入DCS系統(tǒng)，對其生產(chǎn)過程中各種設(shè)備的流量、壓力、溫度、電流等參數(shù)實(shí)施在線監(jiān)控，提供在線操作、報(bào)警、監(jiān)測等功能，初步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，為以后自動(dòng)化全面開展做好了鋪墊。為了保證全廠擴(kuò)產(chǎn)所需壓縮氣體供應(yīng)，2010年在空壓站廠房內(nèi)增加1臺(tái)螺桿空壓機(jī)。該空壓機(jī)操作方式由純手動(dòng)操作改為電腦控制器控制，并將控制面板內(nèi)的運(yùn)行參數(shù)引入DCS，空壓站空壓機(jī)的操作初步實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)化控制模式。2015年底至2016年8月份車間將4臺(tái)活塞式空壓機(jī)改型為離心式空壓機(jī)，自此，空壓站崗位空壓機(jī)的操作由人為(活塞式)和電腦控制面板(螺桿式)半自動(dòng)化混合模式徹底變更為自動(dòng)化操作模式，并且五臺(tái)機(jī)組所有運(yùn)行數(shù)據(jù)均引入主控室的DCS。

2 活塞式與離心式空壓機(jī)的比較

2.1 活塞式空壓機(jī)

由于活塞式空壓機(jī)是建廠初期投入使用，至今已有多年歷史，缸體磨損嚴(yán)重，打氣量嚴(yán)重不足，電機(jī)電流遠(yuǎn)沒達(dá)到額定電流，效率低。

2.1.1 工作原理

活塞式空壓機(jī)的組成主要有以下幾部分：機(jī)身部分、曲柄連桿部分、活塞、氣缸及冷卻器等。氣體在兩個(gè)氣缸中分兩級壓縮至最終排氣壓力，兩個(gè)氣缸互成直角配置，直立者為一級缸，臥者為二級缸，活塞通過十字頭，連桿與曲軸、曲柄、銷連接，當(dāng)曲軸由電動(dòng)機(jī)電動(dòng)回轉(zhuǎn)時(shí)，活塞在氣缸中做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行氣體壓縮。曲軸由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，曲軸上的曲柄軸帶動(dòng)連桿大頭旋轉(zhuǎn)，通過連桿小頭而轉(zhuǎn)變?yōu)槭诸^在滑道中的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，十字頭帶動(dòng)活塞桿使活塞在氣缸中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行氣體壓縮，提高氣體壓力。

2.1.2 主要部件

機(jī)身、曲軸、連桿、十字頭、活塞、填料、氣缸、閥、氣量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的潤滑系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、安全閥、中間冷卻器等組成。

2.1.3 附屬設(shè)備

包括壓縮機(jī)進(jìn)氣管到排氣管之間的管道及其附件所組成的系統(tǒng)。此外還包括安全閥以及氣量調(diào)節(jié)，放空等管路，以及空氣消聲器、旋啟式止回閥、緩沖罐、油冷卻器、后冷卻器。

2.1.4 常見故障

活塞式空壓機(jī)工作時(shí)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)通過聯(lián)軸器或帶動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，操作純粹采用人工操作，操作過程復(fù)雜，且需2人現(xiàn)場操作，動(dòng)作閥門時(shí)需要緊密配合，互相聯(lián)系，操作過程時(shí)間長，動(dòng)作閥門較多。運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)：設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行或預(yù)緊力過大而造成連桿螺栓損壞；由于潤滑或冷卻系統(tǒng)問題造成活塞卡死或拉缸；因軸和軸瓦配合或接觸面問題造成軸承發(fā)熱；因冷卻水水壓低、水量不足或冷卻水管路堵塞等原因而引起的氣缸及氣缸蓋發(fā)熱；活塞或活塞環(huán)磨損導(dǎo)致氣缸敲擊聲等。

2.2 離心式空壓機(jī)

2.2.1 工作原理

電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)空壓機(jī)主軸及葉輪高速旋轉(zhuǎn)，氣體在離心力的作用下，被甩到工作輪后面的擴(kuò)壓器中去。由于工作輪不斷高速旋轉(zhuǎn)，氣體被連續(xù)源源不斷地甩出工作輪，從而保持了空壓機(jī)中氣體的連續(xù)流動(dòng)，由于氣體被甩出而在工作輪中間形成真空地帶，外面的氣體源源不斷從工作輪中間的進(jìn)氣部分進(jìn)入葉輪。氣體因離心作用增加了壓力，以很高的速度離開工作輪，氣體經(jīng)擴(kuò)壓器逐漸降低了速度，動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，進(jìn)一步增加了壓力。如果一個(gè)工作葉輪得到的壓力還不夠，可通過使多級葉輪串聯(lián)的辦法來達(dá)到對出口壓力的要求。級間的串聯(lián)通過彎通、回流器來實(shí)現(xiàn)。這就是離心式壓縮機(jī)的工作原理。離心式空氣壓縮機(jī)屬于速度式壓縮機(jī)，在用氣負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)離心式空氣壓縮機(jī)工作穩(wěn)定、可靠。

2.2.2 主要部件

離心式壓縮機(jī)由轉(zhuǎn)子、定子兩大部分組成。轉(zhuǎn)子包括：轉(zhuǎn)軸、平衡盤、固定在軸上的葉輪、推力盤、軸套等零部件。定子則有氣缸、定位于缸體上的各種隔板以及軸承等零部件。在轉(zhuǎn)子與定子之間需要密封氣體之處還設(shè)有密封元件。

2.2.3 技術(shù)特點(diǎn)

離心式空氣壓縮機(jī)組結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行安全可靠。離心式空氣壓縮機(jī)主要構(gòu)件、空氣動(dòng)力部分、級間冷卻器、整體傳動(dòng)裝置、潤滑系統(tǒng)和操作控件的制造都能夠保證提供可靠的性能；在壓縮空氣氣道中，離心式空氣壓縮機(jī)沒有任何需潤滑部件；離心式空氣壓縮機(jī)精確平衡的彈性膜片式聯(lián)軸器，將振動(dòng)降至最低，并且不需要聯(lián)接器潤滑油；離心式空氣壓縮機(jī)緊湊的成套底座，將框架、中間冷卻器和潤滑油箱集成在一起，從而具有出色的扭轉(zhuǎn)剛度。

3 空壓站冷卻水改造

隨著公司不斷擴(kuò)產(chǎn)的要求，壓縮空氣使用量不斷增多，活塞式空壓機(jī)嚴(yán)重老化，經(jīng)常出現(xiàn)各種各樣的故障，供氣量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足額定40 m3/min。且活塞式空壓機(jī)缸體內(nèi)徑磨損，吸、排氣閥容易堵塞，活塞環(huán)容易磨損，檢修頻率逐年增加。

2014年底，為改變這種耗能、費(fèi)時(shí)、不經(jīng)濟(jì)的狀況，車間經(jīng)過多次探討調(diào)研，決定將手動(dòng)操作的空壓機(jī)改型為電腦控制器形式的自動(dòng)模式。為保證生產(chǎn)穩(wěn)定，2015年技改計(jì)劃先改型2臺(tái)空壓機(jī)，即將2臺(tái)活塞式改型為離心式空壓機(jī)。

空壓機(jī)的冷卻方式為水冷?；钊娇諌簷C(jī)改造之前的水源為閉路循環(huán)水，由于閉路循環(huán)水的溫度較高，活塞式空壓機(jī)一、二級排氣溫度超過160 ℃時(shí)就會(huì)連鎖跳車，正常春、秋、冬季活塞式空壓機(jī)的一、二級排氣溫度一般為130～150 ℃左右，可是夏季最高時(shí)就達(dá)到170 ℃，為了使空壓機(jī)冷卻效果良好、保證空壓機(jī)冷卻水源的安全可靠性，在活塞式空壓機(jī)改為離心式空壓機(jī)的項(xiàng)目確定后，車間決定將冷卻水進(jìn)行改造。

3.1 冷卻水改造方案

取消原有閉路循環(huán)水作為冷卻水源，將地下水、開路循環(huán)水作為新的冷卻水源。以地下水作為主冷卻水源，開路循環(huán)水作為備用冷卻水源。地下水引自兩路，一路是從空壓站南側(cè)地下水主管網(wǎng)接出的地下水，另一路是從空壓站廠房北側(cè)地下水主管網(wǎng)接出的地下水，兩路水通過閥門聯(lián)通。另外，在空壓站廠房東側(cè)的開路循環(huán)水總管上接出開路水引至空壓站并與地下水冷卻水聯(lián)通，開路水僅做為應(yīng)急備用冷卻水使用，空壓機(jī)正常運(yùn)行時(shí)使用地下水冷卻，冷卻后的回水進(jìn)入開路循環(huán)回水總管。這種方式能夠有效降低離心式空壓機(jī)的油溫，保證空壓機(jī)的安全、穩(wěn)定、長周期運(yùn)行。

3.2 冷卻水改造實(shí)施

2015年8月在2臺(tái)空壓機(jī)實(shí)施改造的同時(shí)，引入地下水作為冷卻水源替代閉路循環(huán)水。2016年3月，為確?？諌簷C(jī)冷卻水穩(wěn)定可靠，增加了一條空壓機(jī)冷卻水備用應(yīng)急管線，即在原去三效開路供水主管上采用帶壓開孔的方式，增加一條主管為DN250的碳鋼管，在進(jìn)入廠房內(nèi)的主管上增加DN250電動(dòng)閥1個(gè)，然后由主管分別引出五條DN125的碳鋼管與五臺(tái)空壓機(jī)(四臺(tái)離心式一臺(tái)螺桿式)地下水分支管分別通過手動(dòng)閥門相連通，電動(dòng)閥操作采用現(xiàn)場和遠(yuǎn)程控制兩種模式，四臺(tái)離心式空壓機(jī)的地下水壓力顯示數(shù)據(jù)引入主控室的DCS上，開路冷卻水的電動(dòng)閥與四臺(tái)離心式空壓機(jī)的地下冷卻水壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行連鎖，當(dāng)壓力值小于0.22 MPa時(shí)，DCS上的電動(dòng)閥將自動(dòng)啟動(dòng)開路應(yīng)急備用水(正常情況下，空壓機(jī)應(yīng)急備用開路冷卻水帶壓開孔處的手動(dòng)閥及五個(gè)空壓機(jī)的分支閥是保持常開的，電動(dòng)閥處于關(guān)閉狀態(tài))，由此確?？諌簷C(jī)的冷卻水為兩種水源，確保了空壓機(jī)的穩(wěn)定、安全、可靠運(yùn)行。

4 改型后的空壓機(jī)效果

2016年4月車間根據(jù)2臺(tái)離心式空壓機(jī)的改型成功經(jīng)驗(yàn)，再接再厲繼續(xù)推行空壓機(jī)改型項(xiàng)目，截至2016年11月份，4臺(tái)離心式空壓機(jī)已全部進(jìn)入正式運(yùn)行階段，所提供的壓縮空氣質(zhì)量有很大提高，改變了老的活塞式壓縮機(jī)供氣量不足40 m3/min的現(xiàn)象，新空壓機(jī)供氣量穩(wěn)定在55 m3/min左右，兩臺(tái)新型離心式壓縮機(jī)供氣量相當(dāng)于三臺(tái)活塞式壓縮機(jī)供氣量。技改后正常情況下空壓機(jī)由原來的運(yùn)行4臺(tái)活塞式空壓機(jī)，變更為現(xiàn)在的3臺(tái)離心式空壓機(jī)的運(yùn)行，儀表氣管網(wǎng)壓力由2015年的全年平均0.40 MPa提高為0.43 MPa，而且供氣質(zhì)量明顯上升，冷季露點(diǎn)2015年平均僅為-25～-35 ℃，技改后儀表氣露點(diǎn)平均為-50～-55 ℃；另外由于工作原理不同，新型離心式空壓機(jī)產(chǎn)生的噪聲比活塞式壓縮機(jī)減小15 dB，運(yùn)行周期由原來的6個(gè)月一次檢修，變成了24個(gè)月一次，既節(jié)約了備件成本又節(jié)省了人工費(fèi)用，空壓機(jī)排氣溫度大幅度降低，平均溫度不足30 ℃。

改型后的離心式空壓機(jī)維修周期由6個(gè)月延長至24個(gè)月，備件和維修費(fèi)用可節(jié)省3萬元/臺(tái)?；钊娇諌簷C(jī)6個(gè)月更換吸排氣閥0.24萬元(400元/個(gè)，一次需更換6個(gè))；更換活塞環(huán)、浮動(dòng)環(huán)、缸體等部件需要0.8萬元；更換十字頭、活塞、冷卻器芯子等部件需要0.75萬元；新空壓機(jī)只需更換潤滑油6 000元/次(2年1換)則改造后年可節(jié)省費(fèi)用(0.24+0.8+0.75)×2-0.3=3.28萬元。

離心式壓縮機(jī)從根本上改變了空壓站高溫高噪聲的環(huán)境，降低對周邊環(huán)境及周圍人群工作的影響。根據(jù)用氣多少自行調(diào)節(jié)供氣量，提高空壓機(jī)的工作效率，降低耗能。

5 總 結(jié)

2010年空壓站增加的1臺(tái)螺桿機(jī)雖實(shí)現(xiàn)了空壓站的半自動(dòng)化程度，方便了管理，穩(wěn)定了供氣量等優(yōu)點(diǎn)；由于螺桿機(jī)安裝了一臺(tái)只是一個(gè)技術(shù)過渡故本文中未做比較。但隨著不斷擴(kuò)產(chǎn)提高，公司對用氣質(zhì)量及穩(wěn)定性提出了更高要求。2015年活塞式空壓機(jī)改型離心式空壓機(jī)的成功，堅(jiān)定了車間繼續(xù)改造的決心。而離心式壓縮機(jī)相較于活塞機(jī)具有生產(chǎn)能力大，供氣量均勻，結(jié)構(gòu)可靠，運(yùn)轉(zhuǎn)周期長，人員操作少，結(jié)構(gòu)簡單，易損件少等優(yōu)點(diǎn)，加快了車間2016年繼續(xù)推進(jìn)將剩余2臺(tái)活塞式空壓機(jī)繼續(xù)改型為離心式的步伐。車間最終將于2016年10月底前空壓機(jī)徹底實(shí)現(xiàn)全部自動(dòng)化操作模式。

TQ051.21

B

1005-8370(2017)02-28-03

2016-11-21

高愛軍(1965—)，哈爾濱建工學(xué)院，給排水專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事設(shè)計(jì)工作。